云的形状和形成影响全球暖化–但人类仍不了解它们| 地平线杂志

在全球气候模型中,云是最大的问号之一,并且是预测随着温度升高气候将发生什么变化的通配符。 它们在使太阳辐射进入并被困在我们的大气中起着至关重要的作用。 云越多,越多的辐射从其顶部反射并反射回太空; 这也意味着如果云更多,地球反射的辐射就会被捕获。 历史上,研究人员一直在努力了解云的性质,它们目前的行为以及它们如何应对气候变化引起的温度升高。

Bony博士解释说,这归结为规模问题。 从原子的微观相互作用到作用于数千公里的大气流,许多作用力都会影响云的形成方式,其组成和行为。

Bony博士和她的同事研究的类似于大西洋上棉絮的云就是一个很好的例子。 她说:“它们性质的微小变化会对全球辐射平衡产生巨大影响(太阳的多少能量使它进入地球大气与多少逃逸之间的平衡)。” 由于这些天气晴朗的云(称为积云)非常普遍,因此微小的变化在全球气候中具有“巨大”的统计权重。

“这是最大的问题,没有更大的问题了,”德国马克斯·普朗克气象研究所所长比尼·史蒂文斯教授说。 “ 50年来,人们一直在进行气候预测,但是所有人都错误地表示了云。” 他说,这些预测由于对确定多云天气的因素认识不足,并没有在模型中正确表示。

实地实验

EUREC4A项目最初是一项用于测量空气运动和阴天的适度野外实验,吸引了众多合作伙伴,并扩大了范围。 最后,它包括五架机组人员和六架远程驾驶的研究飞机,四艘远洋研究船,一列由漂流者和滑翔机组成的舰队,一系列卫星以及巴巴多斯云天文台的测量数据。

史蒂文斯教授说:“实验的复杂性和范围不断扩大,以解决许多其他有趣的问题。”例如,云下雨的程度和程度,以及海洋和上方云层中的漩涡如何相互影响。 该小组目前正在编写结果,并希望他们的测量结果能够为这些问题提供答案。 他说:“我们将为一套新的气候模式树立基本原则。”

对于Bony博士而言,下一步不只是了解云的性质及其覆盖的范围。

她说:“现在,我们发现它不仅是整个区域,而且还是云的分布和组织方式。” 它们形成的模式也可能影响它们阻挡或吸收辐射的方式,并且这些信息可能会对云在气候变化中的作用产生影响。

莱布尼兹热带海洋研究中心,德国不来梅雅各布斯大学和丹麦尼尔斯玻尔研究所的大气复杂性专家JanHärter博士正在他的INTERACTION项目中研究这个问题。 他说:“许多类型的云都表现出组织的特征,而雷暴云(在热带地区)则表现出自组织。” 交互研究着眼于雷暴如何聚集,使用模拟以及针对其行为开发基本模型。

    50年来,人们一直在进行气候预测,但是所有人对云的认识都是错的。

德国马克斯·普朗克气象研究所的Bjorn Stevens教授

自组织

产生云的原因有很多,例如当云层位于城市上方时,由于所有混凝土和沥青,云层往往比乡村热。 当云层形成并聚集时,即使下面的条件和上面的阳光均匀,也会发生自组织。

雷暴云,被称为积雨云(来自拉丁语 积云 “堆”和 雨云 “暴雨”),通常是高高的垂直云层,经常下雨。 这些云是热带地区的主要云类型,也是了解全球辐射平衡的关键。 哈特博士说:“它们处于大部分热量散发到地球的纬度上,那里的太阳辐射要强得多。” 这些塔状的云影响着多少阳光进入大气,这直接影响了变暖。

他说:“问题是,当例如温度变化时,这些高云在聚类中会发生多少变化。” 但是,就像大多数涉及云的问题一样,这是一个很难回答的问题。

INTERACTION从两个不同的角度来研究这个问题:一个是运行模拟,这需要大量的计算时间,另一个是开发“玩具”模型来解释雷暴云的基本相互作用。

“玩具”模型是非常基本的模拟,可以说出雷暴云之间的基本相互作用。 例如,Härter博士和他的同事们试图通过将这些复杂的物理相互作用分解为基本成分,来理解这些云如何彼此“说话”并自我组织。

当有雷暴雨时,大部分降雨落到地面上,但其中一些在云层下面的空气中蒸发。 Härter解释说,吸收了冷水分的空气变成了“冷水池”。 “这种蒸发对于将信号从一个云传送到另一个云至关重要。”

如果大范围内有成千上万的云,它们下面的冷水池会相互碰撞,将空气推入大气的较冷部分,并播种新的雷暴云。

他们的“玩具”模型之一描绘了这些冷池如何相互作用,冷池碰撞并生成新云的这一循环可以持续几代(持续约六个小时)的云,将过去的云和风暴的记忆编码到目前的主题云。 冷池可以持续影响数周的云生成。

Härter博士说,这些非常基本的模型是必要的,以便消除模拟云行为的一些未知因素,例如这些冷池如何相互作用。 该团队的模拟已经包含了风速,湿度,温度和云成分等参数,这些参数是水,冰和称为graupel的冰冷混合物的不同比例。

哈特博士呼应EUREC4A的博尼博士和史蒂文斯教授,说:“我们不知道云如何工作,特别是这些雷暴云的规模难以用当前的气候模型解决或无法解决。”

模拟

要考虑云的绝对规模及其驱动力,精确的模拟必须包括原子运动和它们耗散的能量(纳米)到地球的自转和全球风的大约10,000的不同变量。公里他说,“例如,对于一周的模拟,我们能做的最好的事情是将(100米的比例尺)解析为一公里乘一公里左右的面积。” “那是一个很大的模拟。”

该项目的最终目标是为云组织建立一个模型,该模型可以捕获过去和现在的雷暴云之间的相互作用,并将这些信息提供给下一代气候模型。 下一步是开始现场工作,并将新的测量值输入其模型。

Härter博士说:“我们需要对不同的云系统反馈有更清晰的了解,以便在这里对气候变化做出强有力的声明。” 这些模型用不同的方式来表示高云和低云,而如果没有更紧密的观测数据,这是无法解决的。

为了为气候变暖做准备,并预测世界的绝缘云层将如何变化,首先我们需要了解它现在的运行方式。

本文中的研究由欧洲研究理事会资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。

This article – “云的形状和形成影响全球变暖–但是我们仍然不了解它们| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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8 thoughts on “云的形状和形成影响全球暖化–但人类仍不了解它们| 地平线杂志

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